方形灯座模具设计及模具价格估算 毕业设计.doc

摘 要 本设计根据实际的需要完成方形灯座的注射模设计。该产品采用聚甲基丙 烯酸甲酯塑料进行注塑成型，成型方式为一模一腔。该设计分析了产品的工艺 性，确定了所采用塑料的工艺参数和所采用的成型设备，确定了模具的总体方 案，分析并解决了模具的总体结构和各工作部分的具体结构，并进行了一些必 要的尺寸计算和强度校核。该论文还对分型面、浇注系统、脱模机构和温度调 节系统进行了分析设计，完成了产品的三维实体造型、二维零件图和装配图， 圆满完成了模具设计所要求的各项工作。 关键词：方形灯座，塑料模具，注射成型，注塑机，模具结构设计 目录 绪论 .1 一、塑件材料的选择及材料特性 .4 （一）材料的选择 4 （二）材料简介及成型特性 4 （三）材料的用途 4 二 、塑件的分析 5 （一）塑件的成型分析 5 三、注塑成型过程 .5 （一）成型前准备 6 （二）计算制品的体积和重量 6 （三）影响成型的主要原因 6 四、分型面的选择 .7 五、注塑机及模架的选择和参数校核 .8 （一）注塑机的选择 8 （二）模架的选择 9 （三）注塑机参数校核 9 六、模具总体结构设计及分析 11 （一）确定材料的成型工艺参数及条件 .12 （二）确定型腔数量及流道布局形式 .12 （三）浇注系统的设计 .12 （四）浇口设计 .14 （五）冷却系统的设计 .14 （六）脱模机构的设计 .16 （七）排气系统的设计 .17 （八）成型零件的设计 .18 （九）模具的动作原理图 .20 七、型腔型芯的计算 20 （一） 、型腔 20 （二）型芯 .21 八、模具零件图和装配图 21 （一）成型零件图 .21 （二）模具装配图 .22 九、关键零件的加工工艺过程 22 （一）型芯加工工艺过程 .22 （二）型腔加工工艺过程 .23 （三）a 板加工工艺过程 .23 （四）b 板加工工艺过程 .24 十、模具的装配 24 十一、模具材料例表 25 （一）标准件的清单 .25 （二）非标准件的清单 .25 十二、模具的生产过程 26 十三、模具成本的估 26 十四、结论 27 参考文献 28 致 谢 .29 附 录 30 1 方形灯座模具设计及模具价格估算 绪论 (一) 注塑模具 随着塑料制品在机械、电子、汽车、家电、国防、建筑、农业等各行业中 的广泛应用，对塑料模具的需求日益增加，塑料模在国民经济中的重要性也日 益突出。模具作为一种高附加值和技术密集型产品， 其生产的最终产品的价值， 往往是模具自身价值的几十倍，上百倍。可以说，模具既是塑料成型加工的一 种重要的工艺装备，同时又是原料及设备的“效益放大器” 。模具生产的工艺水 平和技术含量的高低，已成为衡量一个国家产品制造业技术水平高低的重要标 志 1。 塑料成型加工及其模具技术是一门不断发展的综合学科，不仅随着高分子 材料合成技术的提高、成型设备成型机械的革新、成型工艺的成熟而进步，而 且随着计算机技术、数值模拟技术等在塑料成型加工领域的渗透而发展。 注塑成型作为一种重要的成型加工方法，在家电行业、汽车工业、机械工业等都有广 泛应用，且生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性高、生产率高和消耗低的特点，有 很大的市场要求和良好的发展前景。 （二）国内外现状分析及比较 近年来，中国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面 都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。 一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。 中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的 调整和技术发展水平的提高。结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整， 产品结构向着中高档模具发展，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、 复合加工和激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技 2 术。 虽然我国模具总量目前已达到相当规模，模具水平也有很大提高，但设计 制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家。当前存在的问题 和差距主要表现在以下几方面： 1、 发展不平衡，产品总体水平较低。虽然个别企业的产品已达到或接 近国际先进水平，但总体来看，模具的精度、型腔表面的粗糙度、生产周期、 寿命等指标与国外先进水平比尚有较大差距。 2、 工艺装备落后，且组织协调能力差，利用率低。虽然部分企业经过 近几年的技术改造，工艺装备水平已经比较先进，有些三资企业的装备水平也 并不落后于国外，但大部分企业的工艺装备仍比较落后。更主要的是，企业组 织协调能力差，难以整合或调动社会资源为我所用，从而就难以承接比较大的 项目。 3、 大多数企业开发能力弱，创新能力明显不足。一方面是技术人员比 例低、水平不够高，另一方面是科研开发投入少；更重要的是观念落后，对创 新和开发不够重视。模具企业不但要重视模具的开发，同时也要重视产品的创 新。 4、 供需矛盾短期难以缓解。近几年，国产塑料模具国内市场满足率一 直不足 74%，其中大型、精密、长寿命模具满足率更低，估计不足 60%。同时， 工业发达国家的模具正在加速向中国转移，国际采购越来越多，国际市场前景 看好。市场需求旺盛，生产发展一时还难以跟上，供不应求的局面还将持续一 段时间。 5、 企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构均不合理。信息 化管理相对落后。 （三）塑料模具在我国未来的发展趋势 1、在模具的质量、交货周期、价格、服务四要素中，已有越来越多的用户 将交货周期放在首位。 2、提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。 3、在塑料模设计制造中全面推广应用 cad/cam/cae 技术，提高模具制 3 造过程的自动化程度 2。 4、推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。 5、开发新的塑料成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产 方式。 6、应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量十分 必要。 7、提高塑料模标准化水平和标准件的使用率，以提高模具质量，缩短模具 制造周期。 8、研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。 9、模具设计、加工及各种管理将向数字化、信息化方向发展， cad/cae/cam/capp 及 pdm/plm/erp 等将向智慧化、集成化和网络化方向 发展 3。 10、在可持续发展和绿色产品被日益重视的今天， “绿色模具” 的概念已逐渐 被提到议事日程上来。 总之，在机械行业中，由于高新技术的融入，极大地促进生产力的发展， 使制造业不再局限于手动操作的范围，从而开创了一个更大的自动化空间，可 以最大限度的利用机器设备，提高生产效率、增加产量，创造更大的财富，推 动社会发展。 （四）设计思想 本设计是基于 cad 和 ug 的注塑模具设计，从零件角度上考虑，此零件为 聚甲基丙烯酸甲酯塑料，产品壁较薄，结构比较复杂，外形尺寸较大，精度及 表面粗糙度要求不高，但是有四个方块突起结构，有一定的配合精度要求。因 此主要采用生产效率高的注射成型方法进行生产，成型方式为一模一腔三板式， 采用扇形浇口浇注系统结构，顶出机构采用顶杆式。而且方形灯座采用的材料 是聚甲基丙烯酸甲酯，由于聚甲基丙烯酸甲酯的电绝缘性、耐热性、稳定性和 流动性好，机械强度高，易于成型等优点，常采用其作为灯座材料。 一、塑件材料的选择及材料特性 4 （一）材料的选择 该产品用于台灯，对台灯起固定及保护作用，由聚甲基丙烯酸甲酯材料制 成，有良好的电绝缘性及综合力学性能，且耐腐蚀性好，由于产品结构上的独 特设计，可使灯架保持稳定。 （二）材料简介及成型特性 塑件的材料采用聚甲基丙烯酸甲酯塑料，聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）俗 称“有机玻璃” ，是一种透明非结晶形热塑性塑料，透光率达 92，优于普通 硅玻璃。其密度为：1.181.19 g/cm 3，比普通硅玻璃轻一半。 有机玻璃的力 学强度和韧性是硅玻璃的 10 倍以上，在玻璃化温度下进行定向拉伸，可大大提 高冲击强度；有机玻璃最高连续使用温度随工作条件不同在 65-95oc 之间改变， 软化温度 100-120oc；有机玻璃能耐水、碱、稀酸及大多数无机盐溶液腐蚀， 可溶于醇、酮、酯及芳烃等溶剂；性能优良，耐电弧性好，耐电压强度高，气 候老化对电性能的影响很小，是室外使用的良好绝缘材料；耐候性优良，长期 在室外仍保持高透光率，能透紫外线。有机玻璃熔体粘度高，流动性差，热稳 定性差，可用挤出、浇铸及热成型等方法成型。有机玻璃吸湿性低，成型收缩 率小，尺寸稳定性好，而且刚性及冲击韧度好。其主要缺点是质脆，易开裂， 表面硬度低，容易被划伤，产生划痕，不耐有机溶剂，耐热性差。所以成型时 应注意避免气泡、混浊、银丝、熔接痕和发黄等缺陷，成型前原料应很好的干 燥，成型时采用低的注射速度。 （三）材料的用途 有机玻璃主要用于天窗及天棚的防震玻璃、汽车挡风、光学透镜、塑料铭 牌、仪表盘、刻度盘、仪表外壳、化工耐腐蚀性透镜、电气绝缘部件及日用品， 如自来水管、圆珠笔和钮扣等，还可以制成板、棒及管等型材。 二 、塑件的分析 5 （一）塑件的成型分析 其产品的结构由图 1、图 2 表示。该产品形状如下: 图 1 方形灯座三维图 图 2 方形灯座二维图 该产品成四方形，结构比较复杂，壁厚较薄，精度及表面粗糙度要求不高， 但是有四个方块突起结构，有一定的配合精度要求。该产品是中小批量生产。 故设计的模具要有较高的注塑效率，浇注系统为侧浇口结构。由于该塑件较大， 所以模具采用一模一腔结构，浇口形式采用扇形浇口，四侧进料，以利于充满 型腔。 三、注塑成型过程 6 （一）成型前准备 成型前应先干燥处理，pmma 具有吸湿性因此加工前的干燥处理是必须的。 干燥条件为 90 oc、24 小时，熔化温度：240-270 oc，模具温度 35-70 oc。注 射速度：中等。 化学和物理特性：pmma 具有优良的光学特性及耐气候变化特性。pmma 制品具有很低的双折射，具有室温蠕变特性。随着负荷加大、时间增长，可导 致应力开裂现象。pmma 具有较好的抗冲击特性。收缩率在 0.5%左右。 注塑制品也需要后处理消除内应力，处理在 70-80 oc 热风循环干燥箱内进 行，处理时间视制品厚度，一般均需 4h 左右。 （二）计算制品的体积和重量 该产品材料为聚甲基丙烯酸甲酯，查塑料手册得聚甲基丙烯酸甲酯的密度 为 1.181.19g/cm 3，收缩率为 0.1% 0,4% ，考虑到其成型过程的收缩比例， 取塑料的密度为 1.18g/cm3，收缩率为 0.3%。使用 ug 软件画出方形灯座的三 维实体图，通过软件自动计算所建模型体积的功能，可以得出以下塑件和浇注 系统的体积： 塑件的体积 v 塑 = 102.3(cm3) 塑件的重量 )(7.120.8.1gm塑塑 件 （1） 浇注系统体积 v 浇 = 13.5 （cm 3） 浇注系统重量 )(9.158.g浇浇 故 .1023cm浇塑总 故 )(6.7m浇件塑总 （三）影响成型的主要原因 1、压力 (1) 合模力：合模力的调整将直接影响制品的表面质量和尺寸精度，合模 力不足会导致模具开缝，发生溢料；合模力太大会使模具变形，制品不合要求， 7 能量消耗也高。 (2) 注射压力：太高时，塑料在高压下强迫冷凝，易产生内应力，易产生 溢料、溢边，对模腔残余压力大，塑料易粘模，但有利于提高塑料的流动性， 不产生气泡等；太低时，塑料的流动性下降，成型不足，产生熔接痕，不利于 气体从熔料中溢出，易产生气泡、凹痕和波纹等。 (3) 保压压力：压力较高时，往往会使制品的收缩率减小，制品表面光洁、 密度增加、熔接痕强度提高、制品尺寸稳定。 2、温度 (1) 熔料温度：熔料温度与模腔内塑料的填充状态及冷却时间等有密切关 系，成型收缩则表现为这些因素的综合结果。熔料温度偏高，易分解，易产生 内应力，熔体表现为粘度下降，流动性好，充模容易；熔料温度偏低，不易分 解，熔体表现粘度大，流动性差，充模困难，易产生成型不足、熔接痕、冷块 或僵块等。 (2) 喷嘴温度：喷嘴温度太高，塑料易发生分解反映；温度太低，喷嘴易 堵塞，易产生冷块或僵块等。 (3) 料桶温度：料桶温度要大于塑料的流动温度，小于塑料的分解温度。 3、速度 (1) 开模速度：开模速度快，则成型周期短，但过快，容易引起塑件表面 与型腔之间的摩擦加大，造成划伤。 (2) 顶出速度：顶出速度过大，则塑件容易产生变形。 4、时间 (1) 闭模锁模时间：闭模锁模时间太长，则模具温度过低，熔料在料筒中 停留时间过长；太短模具温度相对较高。 (2) 保压时间：保压时间短塑件不紧密，易产生凹痕，塑件尺寸不稳定等； 保压时间长，加大塑件的内应力，易产生变形、开裂，脱模困难。 (3) 冷却时间：冷却时间长，脱模困难，易变形，结晶度高等；冷却时间 短，易产生变形，冷却不足。 四、分型面的选择 8 注射成型模的分型面是其闭合时凹模与凸模相配合的接触面。分型面的正 确选择，对制品的质量、工艺操作和模具制造均有很大的影响。选择分型面时， 应考虑的基本原则： (1) 不应该影响制品尺寸的精度和外观 (2) 不妨碍制品脱模和抽芯 (3) 有利于浇注系统的合理设置 (4) 尽可能与料流的末端重合，有利于排气 (5) 尽量使成型零件便于加工 从零件图上分析，该制品外形简单，而内形复杂，制品成型后收缩较大， 分型后会使制品留在动模内，这样可以利用动模上的脱模机构进行脱模，取件 方便。否则，若使制品留在定模上，定模上又要增设脱模机构，使模具结构复 杂化。由于产品要求外表面光滑无痕迹，而且中间有四个方形突起所以决定分 型面的选择阶梯分型面。故选用图 6 所示的分型方式较为合理。其开模过程为 动模与定模分开，由于拉料杆的作用使料头和塑件件全部留在动模上。然后由 面针底板向上移动，在顶针和推杆共同作用下把塑件和料头顶出动模。 图 3 分型面的选择 五、注塑机及模架的选择和参数校核 （一）注塑机的选择 6 根据塑料的品种、塑件的结构、成型方法、生产批量、制品的体积或重量 查塑料模设计手册拟定注塑机型号为：sz-500/2000 。注塑机的参数见表 1： 表 1 注射机主要技术参数 最大注塑量/cm 3 525 喷嘴前断孔径 /mm 4 锁模力/kn 2000 喷嘴球面半径 /mm 15 注射压力/mpa 153 定位孔直径 /mm 160 最小模厚/mm 280 拉杆间距/mm 460460 9 最大开模行程 /mm 450 （二）模架的选择 7 根据型腔、型芯和流道的布局，以及考虑到导柱、导套、限位拉杆、联接 螺钉的位置和采用推杆推出等各方面的问题，拟定模架型号为 4040-ai-a 板 60- b 板 50 龙记标准模架。模架结构如图 4： 图 4 模架结构 1、定模板尺寸 塑件高度 17.09mm，在模板上还要开设冷却水道和分流道，冷却水道离型 腔应有一定的距离，因此定模板厚度取 60mm。 2、凸模固定板尺寸 凸模厚度为 25mm，在模板上还要布置循环水道，其直径为 d8mm，因 此凸模固定板厚度取 50mm。 3、支撑板尺寸 支撑用于支撑动模，且还要在支撑板上设置水道取值为 50mm。 （三）注塑机参数校核 8 1、最大注塑量校核 必须使一个成型周期内所需注射的塑料熔体的量（包括流道及浇口凝料和 飞边）在注射机额定注射量的 80%以内，其关系按下式校核： (2) 浇塑 件机 vn8.0 式中：v 机 注塑机的额定注塑量，单位 cm3。 v 塑件 单个塑件的体积，单位 cm3， v 塑件 =102.3 cm3 。 10 v 浇 浇注系统和飞边所需要塑料的体积，单位 cm3，v 浇 = 13.5 cm3 。 故 （cm 3） 75.148.03128.0浇塑 件机 vn 而我们选定的注塑机注塑量为：525 cm 3 ，所以满足要求。 2、合模力的校核 应使注射机的合模力大于模具从分型面胀开的力，则 (3)(jsmanpf 式中：f 注塑机的合模力（ n） pm塑料熔体在模腔内的平均压力，通常模腔压力为 2040mpa。 n模具型腔数目 as、 aj分别为塑件和浇注系统在分型面上的垂直投影面面积（mm 2）经 计算两者的面积和为 14213 mm2 故 )(5.681430)( knanpfjsm 我们选定的注塑机的锁模力为：2500(kn)，故满足要求。 3、注射压力的校核 注射机的最大压力应大于塑件成型所需的压力，即 (4)chzp 式中：p z注射机最大注射压力（mpa ） pch塑件成型所需的注射压力（mpa ） 聚甲基丙烯酸甲酯的注射压力为 80130 mpa ，选定的注塑机的注射压力: 153mpa，故满足要求。 4、模具闭合高度的确定和校核 由于考虑到塑件的大小，由以上拟定模架为 4040-ai-a 板 60-b 板 50 的标 准龙记模架可知：动模座板厚度 30mm ，a 板厚度 60mm，b 板厚度 50mm， 支撑板厚度 50mm，模脚厚度 120mm，定模座板厚度 30mm。 模具的闭合高度为: h 模 =30+60+50+50+120+30=340mm 注塑机最小闭合厚度 h 最小 =280mm 即 h 模 h 最小 ，故满足要求。 11 5、模具在注射机上的安装尺寸 (1) 模具的长、宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相适合 即模具长宽 拉杆面积， 模具的长宽为 450400 注塑机拉杆的间距 460460。 (2) 喷嘴头的凸球面半径 r1=15mm，喷嘴的孔径 d0=4mm。喷嘴头的凸球 面半径 r1 与 主浇道始端凹球面半径 r、喷嘴的孔径 d0 与主浇道衬套的孔径 d 之间，分 别保持如下关系： (5) m)21( (6) d5.0 取喷嘴头的凸球面半径 rp=16mm ，主浇道衬套的孔径 dp=5mm 6、开模行程 我们选用全液压式锁模机构注射机，其最大开模行程等于动模与定模之间 最大开距（l k）减去模具的厚度（h m）.当模具厚度增大，则开模行程减少。 mm (7) )105(21hlm 式中：h 1推出距离，单位 mm h2包括浇注系统在内的塑件高度，单位 mm l注塑机开模行程 因为 mmk 10345 962)(21 故满足要求。 综上计算及校核，可选定注塑机型号为：sz-500/2000 ，模架为 4040-ai-a 板 60-b 板 50 的标准龙记模架。 六、模具总体结构设计及分析 模具结构采用一模一腔三板式结构，扇形浇口浇注系统结构，顶出机构采 用顶杆，矩形顶杆，推杆及推管套。 12 （一）确定材料的成型工艺参数及条件 查塑料手册可知，聚甲基丙烯酸甲酯的工艺参数及成型条件如下所示： 注射机类型：螺杆式注塑机 料筒温度： 后段温度 t1 选用 190 中段温度 t2 选用 200 前段温度 t3 选用 210 喷嘴温度：选用 210 模具温度：选用 80 注射压力：选用 90mpa 保压压力：选用 50mpa 螺杆转速：选用 30r/m （二）确定型腔数量及流道布局形式 由于制件的外型尺寸比较大，所以模具采用一模一腔结构。综合考虑浇注 系统，模具结构复杂程度等因素制定如图 5 所示的流道布局形式： 图 5 流道布局形式 此方案使塑料溶体的流向得到平稳的转换并尽快地充满型腔，可以达到均 衡地进料，同时充满型腔。分流道呈 s 分布，能方便调整充模时的剪切速率。 （三）浇注系统的设计 1、主流道的设计 根据材料成型设备 9查得 sz-500/2000 型注射机喷嘴的有关尺寸 喷嘴头的凸球面半径 r1=15mm，喷嘴的孔径 d0=4mm。 13 根据模具主流道和喷嘴的关系 mr)21( d0.50 取喷嘴头的凸球面半径 r=16mm 取主浇道衬套的孔径 d=5mm 球面配合高度 h=38mm，取 h=4mm 主流道长度 l=53mm 为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为 24，经换算得主流道大端直径 d=6mm；为了使熔料顺利进入分流道，主流 道与分流道过度圆角 r=1 3mm，取 r=3mm；内壁表面粗糙度 ra 为 0.63um。 2、分流道的设计 分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快 的经分流道均衡的分配到各个型腔，因此采用图 7 所示平衡式分流道。 图6 分流道布局形式 （1）分流道长度 分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置，从在输送熔料 时减少压力损失，热量损失和减少浇道凝料的要求出发，应力求缩短。 （2）分流道的截面尺寸和形状 分流道的截面尺寸应根据塑件的体积、壁厚、形状复杂程度、注射速率、 分流道的长度等因素来确定。本塑件材料为聚甲基丙烯酸甲酯，根据模具设 计与加工速查手册 10查得分流道推荐断面直径为 4.89.5，分流道要减小压 力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此取分流道半 径为 6mm。同时因考虑加工的方便性、分流道出料的流畅性、比表面和小、熔 14 融料的热量损失小和流动阻力小等因素，决定采用半圆形的分流道。 （3）分流道的表面粗糙度 考虑到塑料熔体的流动性，分流道的表面粗糙度并不要求很低，一般取 0.8um-1.6um 即可，在此取 1.6um。 （四）浇口设计 浇口是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的 位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。 根据塑件的成型要求和外部特征，除了一个特定的表面外，其他表面的外 观要求不是很高，选用扇形浇口较为理想，用扇形浇口易取得浇注系统的平衡， 也利于自动化操作，可以满足产品质量要求。在扇形浇口的设计中，为保持整 个浇口长度上截面积处处相等，浇口的深度应逐渐较少。同时，扇形中部和边 缘流道长度不同，熔体的流速和压力降不同，为使其流速和压力降相同，在同 一截面上浇口的深度应不同。其扇形浇口如图 8 所示： 图 7 扇形浇口 （五）冷却系统的设计 1、确定冷却方式 聚甲基丙烯酸甲酯所要求的模温较低，虽然模具不断地被注入的熔融塑料 加热，模温升高，但是单靠模具自然散热不能使其保持较低的温度，因此必须 加冷却机构。由于水的热容量大，导热系数大，成本低，所以选用水作为冷却 介质。有时为了满足加速冷却，也可以采用冷冻水冷却。 2、冷却系统的计算 15 模具的热量是由辐射传热、对流散热、向模板的传热和与注射喷嘴接触的 传热等很多因素综合作用的结果 11。要对其精确计算十分困难，现仅考虑冷却 介质在管内强制对流的散热，而忽略其它传热因素： （1）假设有熔融塑料放出的热量全部传给模具，其热量为： hjtnmcq52793)8019(4613.02)(1 (8) 式中 n每小时注射次数（次/h） ； m每次注射的塑料质量（kg/次） ； c塑料比热容（j/kg.c） ； t1熔料进入模腔温度（c ） ； t2制品脱模温度（c ） 。 （2）则带走上述热量，所需冷却水量按下试计算： (9)kgtqm285)19(8573)(43 式中 w通过模具的冷却水量 (kg)； t3出水温度()； t4入水温度()； 导热系数（j/m. ） ， 聚甲基丙烯酸甲酯的导热系数为 185j/m.。 （3）根据冷却水处于湍流状态下的流速 v 与管道直径 d 的关系，确定模具 冷却水管直径 d. (10)6.51024.3810433vm 式中 m冷却水的质量（kg）; v管道内冷却水的流速，一般取 0.82.5m/s； 水的密度（kg/m 3） 考虑到模具温度的变化，因此取模具冷却水道直径 d=8mm. 3、水道的布置 16 考虑到模具的冷却，由于本设计的塑件内部结构比较复杂，所以模具内部 必须能够得到充分的冷却，在定模上布置 6 条冷却水道，动模采用循环水道。 冷却水管的布置见图 9： 图 8 水道的布置 （六）脱模机构的设计 在对方形灯座塑件进行脱模时必须遵循以下原则： (1) 推出机构应尽量设置在动模一侧。因为推出机构通常是通过装在注射 机合模机构上的顶杆来驱动的。 (2) 因为塑料 收缩是抱紧凸模，所以顶出力的作用点应尽量靠近凸模。 (3) 顶出力应作用在塑件刚性和强度最大的部位，如壁厚处。作用面积尽 可能大一些，以防止塑件变形和损坏。 (4) 为了保证良好的塑件外观，顶出位置应尽量设在塑件内部或对塑件外 观影响不大的部位。 (5) 机构简单动作可靠。推出机构应使推出动作可靠、灵活，制造方便， 机构本身要有足够的强度、刚度和硬度，以承受推出过程中的各种力的作用， 确保塑件顺利脱模。 方形灯座是壁薄的方形塑件，因此采用顶杆、矩形顶杆、推杆及推管套机 构，机动推出。采用标准顶杆、矩形顶杆、推管，其中有 4 根顶杆、8 根矩形 顶杆、4 根推杆及推管套，其结构、布置形式见 10 和图 11。为了减少顶杆与凸 模固定板的摩擦和有利于排气，将顶杆配合孔的前半段直径减小，使前端顶杆 直径与塑件小孔直径相等。顶杆用 t10a 材料，头部淬火硬度达 hrc50 以上， 表面粗糙度取 ra0.8，和顶杆孔呈 h7/h6 配合。 17 图9 顶杆 图10 塑件上顶杆的布置形式 （七）排气系统的设计 1、排气系统的作用 在注射过程中将型腔中的气体顺利排出，以免塑料产生气泡，疏松等缺陷。 气体来源： （1）浇注系统和型腔中原有的空气； （2）塑料中的水分在注射温度下蒸发的水蒸气； （3）塑料熔体受热分解产生的挥发气体； （4）熔体中某些添加剂的挥发和化学反应生成气体 2、设计要点 （1）保证迅速、有序、通畅，排气速度应与注射速度相适应； （2）排气系统应设在塑料流末端； （3）应设在主分型面凹模一侧； 18 （4）尽量设在塑件较厚的部位； （5）排气方向应避开操作区，以防高温熔料溅出伤人； 3、采用的设计方法 由于该塑件厚度较小，所以模具可通过分型面和凸模固定板上的顶杆间隙 进行排气。 （八）成型零件的设计 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件。本设计中成型零件 包括成型外表面的凹模和镶块、成型内表面的凸模和型芯。 设计成型零件时应考虑： (1) 尽量保证塑件外观： 完整性、美观，避免尖角、毛边、飞刺等； (2) 应使成型零件的加工工艺合理，省时省力，并能达到必要的装配精度； (3) 成型零件要有必要的制造和装配基准面，力求装配时定位可靠、方便 和快捷； (4) 配合面应尽量少，以便制造和装配； (5) 嵌件应便于修复和更换； (6) 成型零件在使用时应方便和简捷； (7) 成型零件应具有足够的强度和刚度； 设计成型零件时，应根据塑料的特性、塑件的结构和使用要求，确定型腔 的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据 成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件的结构设计，计算成型零 件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。 1、成型零件的结构设计 （1）型腔 型腔用以形成制品的外表面，采用局部镶拼结构，便于研磨和抛光。利用 这种型腔不仅有效的解决了模具加工的成本问题，也便于维修。如图 12 所示： 19 图 11 凹模零件图 （2）型芯 型芯用以形成制品的内表面，采用螺钉固定式型芯，刚性大，加工量较小。 如图 13 所示： 图 12 凸模零件图 2、成型零件钢材的选用 方形灯座是中批量生产，成型零件所选用的钢磨性和抗疲劳性，材料的机 械加工性能和抛光性能也应良好。 型腔的材料是 3cr2w8v，淬火后其硬度可达 55hrc； 20 型芯的材料是 3cr2w8v，淬火后其硬度可达 55hrc； （九）模具的动作原理图 图 13 模具动作过程 动作原理：模具合模，注射机将熔融塑料液态注入主流道，通过分流道流 到型腔中，注塑完后模具保持一定压力同时进行冷却，一段时间后进行开模， 定模与动模分开，由于拉料杆的作用使料头和塑件全部留在动模上。然后顶出 液压缸作用带动面针底板和面针板推动，在顶杆、矩形顶杆和推杆及推管套共 同作用下把塑件和料头顶出动模。合模进行下一次注塑。 七、型腔型芯的计算 （一） 、型腔 ls1=50 scp=0.03 hs=6.8 hb=4.2 模具成型零件的制造公差取 $z=/4 lm=(ls1+ls1scp-3/4) +& =(50+50*0.03-3/4 ) +& =51.2+0.1 hm=(hs1+hs1scp-2/3) +& =(6.8+6.8*0.03-2/3*0.4) +& =6.74+0.1 hml=(hb+hbscp+2/3) +& =4.2+4.2*0.03+2/3*0.4) +& 21 =4.59 +0.1 lm=(d+dscp-3/4) +& （二）型芯 ls2=42 模具成型零件的制造公差取$c=/6 lm=( ls2+ ls2scp-$c /4) + $z/2 =(42+42*0.03-0.1/6) +0.03 =43.273 hm=( hb + hbscp +$c /4) + $z/2 =(4.2+4.2*0.03+0.1/6) + 0.03 =4.37 八、模具零件图和装配图 （一）成型零件图 凹模、凸模的形状结构如图 15、16 所示，具体尺寸标注及技术要求可见零 件图： 图 14 凹模零件图 22 图 15 凸模零件图 （二）模具装配图 模具二维装配图由零件图所示，模具三维装配如图 17： 图 16 模具三维装配图 九、关键零件的加工工艺过程 23 （一）型芯加工工艺过程 1415 图 17 型芯加工流程图 （二）型腔加工工艺过程 图 18 凹模加工流程图 （三）a 板加工工艺过程 图 19 定模座板加工流程图 24 （四）b 板加工工艺过程 图 20 动模座板加工流程图 十、模具的装配 装配模具是模具制造过程的最后阶段，装配精度直接影响到模具的质量、 寿命和各部分的功能。其装配顺序为： 确定装配基准； 装配前要对零件 进行测量，合格零件必须去磁并将零件擦拭干净； 调整各零件组合后的累 积尺寸误差，如各模板的平行度要校验修磨，以保证模板组装密合，分型面吻 合面积不得小于 80%，间隙不得小于溢料最小值，防止产生飞边； 在装配 过程中尽量保持原加工尺寸的基准面，以便总装合模调整时检查； 组装导 向系统并保证开模合模动作灵活，无松动和卡滞现象； 装冷却和加热系统， 保证管路畅通，不漏水，不漏电。装配液压系统时允许使用密封填料或密封胶， 但应防止进入系统中； 试模：试模合格后打上模具标记，包括模具编号、 合模标记及组装基面。其装配流程见图 22： 图 21 模具装配流程 1、型腔的装配 为了装配方便，采用型腔与模板之间过盈配合。 2、导柱导套的装配 导柱、导套是模具合模和开模的导向装置，它们分别安装在塑料模具的动、 25 定模部分。装配后，要求导柱、导套垂直于模板平面。导柱和导套以 h7/g6 配 合，导套以最紧过渡配合 h7/n6 紧固在定模上。 3、浇口套的装配 一般采用过盈配合。装配后的要求浇口套与模板配合孔紧密、无缝隙。浇 口套和模板孔的定位台肩应紧密贴实。 十一、模具材料例表 （一）标准件的清单 表 2 标准件的清单 名称 材料 型号 数量 模架 55 钢 4040-ai-a 板 80-b 板 50 1 浇口套 t10a 型 5057 1 定位环 45 钢 16015 1 导柱 t8a gb/t4169.4-1984 35110 4 带头导套 t8a gb/t4169.3-1984 4860 4 螺钉 45 钢 gb70-76 m16230 4 螺钉 45 钢 gb70-76 m1660 4 螺钉 45 钢 gb70-76 m523 8 螺钉 45 钢 gb70-76 m1250 8 密封圈 半粗羊毛毡 d20mm 12 密封圈 半粗羊毛毡 d8mm 4 （二）非标准件的清单 表 3 非标准件清单 名称 材料 型号 数量 凸模 3cr2w8v 26026025 1 凹模 3cr2w8v 26026035 1 复位杆 t10a 30185 4 拉料杆 t10a 11182 1 顶杆 t10a 10187 4 矩形顶杆 t10a 20130（151.4） 8 推杆 t10a 14245 4 推管套 t10a 21290 4 电极 紫铜 26 十二、模具的生产过程 模具的生产过程如图 24 所示： 图 22 模具生产流程 十三、模具成本的估 模具价格技术参数法计算表 客户名 机种名 部品名 注塑材料 密度 /(d/mm3) 长(l) /mm 宽(w) /mm 高(h) /mm 产品体积 /mm3 产品重量/t 客 户 pa66 1.19 产品 50 50 6.8 102.3 0.121 长(l) /mm 宽(w) /mm 高(h) /mm 重量/kg 注塑机 吨位/t 型腔 型芯 每模取 件数 取件方 式 产品表面 热流道模 具 450 400 340 460.481 模架材料/部品明细 其它零件/部品明细 模具零件名 长(l) /mm 宽(w) /mm 高(h)/mm 数 量 重量 /kg 材质 单价 /(元 /kg) 金额/元 零件名 数 量 材质 单价 /(元 /kg) 金额/元 基本模架 450 400 340 1 460.5 55c=b49 7.5 3454 斜推块 kg 718 55.6 0 定模座板 450 400 60 1 132.4 55c=b49 7.5 993 斜导柱 0 自动脱料板 45c 5.6 0 顶杆 4 t10a 10 40 型腔板 260 260 35 1 40 718 55.6 2224 顶管 0 型芯板 260 260 25 1 33.85 718 55.6 1882 弹簧 0 顶出推板 45c 5.6 0 合计 40 模脚支架 45c 5.6 0 选购件明细 推杆固定板 45c 5.6 0 零件名 数 量 规格 单价 金额 27 推板 245 14 14 4 784 t10a 10 31360 热流道 0 动模座板 450 400 60 1 132.4 55c=b49 7.5 993 截流腔 0 其它 0.023 718 55.6 0 隔热板 0 模架合计 40906 备件 0 定模镶件 1 0 718 55.6 0 面处理 /mm2 0 亚光 2.3932 0 2 0 718 55.6 0 热处理 1000 3 0 718 55.6 0 雕刻 0 动模镶件 1 0 718 55.6 0 外部试 模 0 2 0 718 55.6 0 试模材 料 0 0.1 26.9 0 3 0 718 55.6 0 运输费 0 滑块 1 0 718 55.6 0 0 2 0 718 55.6 0 0 3 0 718 55.6 0 0 合计 0 合计 1000 工艺性材料明细 整套购入部件或客户专定外购服务 电极 1 300 200 100 2 2.4 精石墨 102.6 1477 热流道系 统 0 2 2.4 精石墨 102.6 0 液压缸 0 3 8.9 紫铜 47 0 电动机 0 4 8.9 紫铜 47 0 面处理 /mm2 0 三层 皮纹 6.8376 0 夹具 1 0 718 55.6 0 出口包 装 0 2 0 718 55.6 0 出口经 费 0 3 0 718 55.6 0 0 其它 0 718 55.6 0 0 合计 1477 合计 0 基点工 时/h k1 k2 k3 k4 k0 基点工 价/(元 /h) 工费/元 管理费率 管理费/ 元 利润 率 利润 /元 税 率 税额/元 计算价/元 101 2.5 1 1 0 3 80 24240 0.20 13532.6 0.10 8120 17% 15184 104499.08 综合上表可得模具报价：120000 元 十四、结论 塑料成型加工及其模具技术是一门不断发展的综合学科，不仅随着高分子 28 材料合成技术的提高、成型设备的革新、成型工艺的成熟而进步，而且随着计 算机技术、数值模拟技术等在塑料成型加工领域的渗透而发展。 本次设计以方形灯座模具为主线，综合了成型工艺分析，注塑机的选择和 校核，模具结构设计，最后到模具的装配等一系列模具生产的所有过程。在设 计该模具的同时总结以往模具设计的一般方法、步骤，模具设计中常用的公式、 数据、模具结构及零部件。把以往学过的基础课程融汇到本次设计当中来，所 谓学以致用。 参考文献 1 卢险峰编著. 模具学导论m.北京：化学工业出版社，2007. 2 李名尧. 模具 cad/camm.北京：机械工程出版社，2004 3 洪慎章. 现代模具工业的发展趋势及企业特征j.航空制造技术， 2003（06） 4 材料成型工艺与模具设计/李晓杰主编. 北京：机械工业出版社， 2005.10 5 区英鸿编著. 塑料手册s.北京：兵器工业出版社，1991